ABSTRAK

Transkripsi

1 ISSN SINTESIS DAN KARAKTERISASI KOMPOSIT KAOLIN- SERTA PEMANFAATANNYA SEBAGAI FOTOKATALIS DALAM MENDEGRADASI ZAT WARNA REMAZOL BRILLIANT ORANGE Ni Luh Eka Anggarayanti 1 *, I Nengah Simpen 1, dan Ni Gusti Ayu Made Dwi Adhi Suastuti 1 1 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Udayana, Bukit Jimbaran, Bali * ekaanggarayanti18@gmail.com ABSTRAK Komposit kaolin- telah disintesis dan dikarakterisasi luas permukaan spesifik secara metode adsorpsi biru metilen, kristalinitas dan ukuran kristal secara X-RD dan gugus fungsi menggunakan FT-IR. Luas permukaan spesifik kaolin- mengalami peningkatan sebesar 1,9822 m 2 /g dibandingkan dengan kaolin. Hasil X-RD diperoleh 2θ spesifik dari pada kaolin- dengan pergeseran puncak 2θ = 35,96 0 dan 41,90 0. Ukuran kristal kaolin dan kaolin- dihitung menggunakan persamaan Scherrer dan dihasilkan ukuran kristal berturut-turut 32,63 nm dan 29,33 nm. Spektra inframerah menunjukkan adanya gugus spesifik dari pada bilangan gelombang 653,87 cm -1 dan 613,36 cm -1. Kondisi optimum fotodegradasi zat warna remazol brilliant orange oleh 0,5 gram komposit kaolin- terjadi pada menit ke-50 dengan konsentrasi zat warna 50 ppm dan persentase degradasi zat warna remazol brilliant orange 81,49 ± 0,57% lebih besar dibandingkan degradasi oleh (11,97 ± 2,58%). Kata kunci : Komposit kaolin-, karakterisasi, fotokatalis, remazol brilliant orange. ABSTRACT The -kaolin composite has been synthesized and characterized by using a methylene blue method to determine the spesific surface area of the composite, X-RD to determine the crystallinity and crystal size and FT-IR to find out the functional groups in composite. The specific surface area of -kaolin, compared to kaolin was increased by 1,9822 m 2 /g. Characterization using X-RD s showed that the specific 2θ of from -kaolin experienced a shift of 2θ peak as 35,96 0 and 41,90 0. Crystal size of kaolin and -kaolin was calculated using Scherrer equation and the result successively were 32,63 nm and 29,33 nm. Infrared spectra indicate specific groups of in wave numbers 653,87 cm -1 and 613,36 cm -1. The optimum conditions for photodegradation of remazol brilliant orange dye using 0,5 grams of -kaolin composite occurred in the 50th minute and with the concentration of remazol brilliant orange dye was 50 ppm. Degradation percentage of remazol brilliant orange dye was 81,49 ± 0,57% which is greater than the degradation using (11,97 ± 2,58%). Keywords : Composite -kaolin, characterization, photocatalyst, remazol brilliant orange. PENDAHULUAN Zat warna remazol brilliant orange merupakan zat warna yang sering digunakan dalam industri tekstil. Zat warna jenis ini di lingkungan, memiliki sifat non-biodegadable atau susah diuraikan secara biologis dan apabila zat warna ini terlalu lama di alam akan menyebabkan banyak penyakit karena bersifat karsinogen dan mutagenik (Wijaya dkk, 2005). Sejalan dengan masalah yang ditimbulkan zat warna tersebut, telah banyak dikembangkan metode pengolahan limbah untuk zat warna ini antara lain dengan metode adsorpsi dan lumpur aktif (Mondal, 2008). Metode adsorpsi merupakan metode yang efisien, namun mempunyai kekurangannya yaitu zat warna yang diserap oleh adsorben masih dalam bentuk senyawa kompleks, dan apabila adsorben sudah jenuh dan dibuang ke lingkungan akan mencemari lingkungan kembali. Metode lumpur aktif juga mempunyai kelemahan selain harganya yang mahal, metode ini kurang tepat digunakan untuk menangani limbah zat warna remazol 23

2 JURNAL KIMIA 11 (1), JANUARI 2017: brilliant orange karena zat warna ini bersifat non-biodegadable (Wismayanti dkk, 2015). Metode yang cocok digunakan untuk penanganan limbah zat warna remazol brilliant orange adalah dengan metode fotodegradasi. Metode ini mempunyai prinsip pemecahan senyawa kompleks dalam zat warna menjadi senyawa yang lebih sederhana sehingga mudah diproses secara alami oleh alam (Batista et al, 2010). Metode fotodegradasi memerlukan suatu katalis yang bersifat semikonduktor (fotokatalis). Menurut Svetozar et al. (2000), senyawa merupakan suatu semikonduktor dengan energi celah (band gap) sebesar 3,2-3,4 ev sehingga memungkinkan terjadi eksitasi electron dari pita valensi ke pita konduksi membentuk h + dan e - (Batista et al, 2010). Fotodegradasi dapat ditingkatkan efektifitasnya dengan pengembanan fotokatalis pada media pengemban salah satunya adalah lempung kaolin yang jumlahnya melimpah di Indonesia (Fatimah dan Wijaya, 2005). Kaolin mempunyai kation-kation yang bersifat labil dan mudah digantikan oleh kation lain (Chen, 1975). Penelitian yang dilakukan oleh Sunardi, dkk (2012), penggunaan komposit kaolin-tio 2 dalam fotodegradasi zat warna rhodamine B dengan waktu 60 menit dan berat katalis 150 mg memperoleh persentase degradasi sebesar 94,7% pada kondisi optimumnya. Penelitian yang dilakukan oleh Guo et al. (2014) dengan menggunakan komposit kaolin Fe 2O 3 sebanyak 5 gram untuk mendegradasi zat warna rhodamine B dengan waktu 120 menit diperoleh persentase degradasi sebesar 98% pada kondisi optimumnya. Berdasarkan penelitian yang dilakukan pengembanan berbagai fotokatalis semikonduktor pada kaolin dapat meningkatkan efektifitasnya dalam proses fotodegradasi. Dengan demikian, dilakukan sintesis komposit kaolin- untuk degradasi zat warna remazol brilliant orange. MATERI DAN METODE Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah kaolin, garam kromium (III) nitrat nano hidrat (Cr(NO 3) 3.9H 2O), natrium karbonat (Na 2CO 3), H 2O 2,, remazol brilliant orange, H 2SO 4, akuades dan aqua DM. Peralatan Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah erlenmeyer, labu ukur, gelas ukur, gelas beker, sentifuge, labu alas bulat, corong gelas, pipet volumetri, pipet tetes, batang pengaduk, pengaduk magnetik, termometer, timbangan analitik, furnace/tanur oven, oven, ayakan 250 µm, botol vial, kotak penyinaran, plastik hitam, kertas saring, lampu UV C Merk Phillips λ = 253,47 nm, spektroskopi Difraksi Sinar X, spektroskopi Fourier Transform Infra Red (FT-IR) Pestige-21 Shimadzu dan spektrofotometer UV-vis NIR Ocean Optics/HR 4000 CG-UV-NIR. Cara Kerja Preparasi kaolin Pada tahap pertama ini 100 gram kaolin lolos ayakan 250 µm dicuci dengan 1L akuades selama 3-4 jam. Kaolin kemudian dimurnikan dengan 1L H 2O 2 dan diaduk selama 12 jam. Kaolin hasil pemurnian dicuci menggunakan akuades sebanyak 3 kali. Setelah bersih, kaolin selanjutnya diaktivasi dengan H 2SO 4 2M sebanyak 1L diaduk selama jam. Kaolin hasil preparasi dicuci dengan akuades sebanyak 3 kali, dikeringkan dalam oven pada suhu dan diayak kembali menggunakan ayakan 250 µm. Preparasi Larutan fotokatalis dibuat melalui hidrolisis garam kromium (III) nitrat nano hidrat (Cr(NO 3) 3.9H 2O) sebanyak 20,97 gram dengan menggunakan natrium karbonat 10,6 gram (Na 2CO 3) yang dilarutkan dalam 500 ml aqua DM dan diaduk selama 1 jam. Proses ini akan menghasilkan [Cr 3(OH) 4(H 2O) 9] 5+ (Negara, 2008). Sintesis komposit kaolin- Sintesis komposit kaolin- dilakukan dengan cara sebagai berikut mencampurkan 50 gram kaolin dengan 500mL larutan [Cr 3(OH) 4(H 2O) 9] 5+ diaduk cepat selama 4 jam dan di aging jam. Selajutnya padatan di cuci dengan akuades sampai bersih. Padatan kemudian di saring dengan vakum serta diuapkan pada suhu 70 0 C selama 2-4 jam. Setelah itu, padatan di 24

3 Sintesis dan Karakterisasi Komposit Kaolin- serta Pemanfaatannya sebagai Fotokatalis dalam Mendegradasi Zat Warna Remazol Brilliant Orange (Ni Luh Eka Anggarayanti, I Nengah Simpen, dan Ni Gusti Ayu Made Dwi Adhi Suastuti) kalsinasi pada suhu C dalam waktu 3 jam. Komposit yang telah terbentuk selanjutnya dikarakterisasi dengan adsorpsi biru metilen, X-RD dan FT-IR. Penentuan waktu penyinaran optimum Sebanyak 6 buah gelas piala 50 ml dibungkus plastik hitam dan diisi dengan 25 ml larutan zat warna remazol brilliant orange dengan konsentrasi 100 ppm. Ke dalam enam gelas piala tersebut ditambahkan 0,5 gram kaolin- dan disinari dengan sinar UV (λ = 253,47 nm) masing-masing selama 10, 20, 30, 40, 50, dan 60 menit. Pemisahan antara suspensi dan filtrat yang mengandung sisa zat warna dilakukan sentrifugasi dengan kecepatan 3500 rpm selama 10 menit. Filtrat hasil fotodegradasi dianalisis menggunakan spektrofotometer UV-vis pada panjang gelombang 493,60 nm. Penentuan konsentrasi optimum remazol brilliant orange Sebanyak 4 buah gelas piala 50 ml dibungkus plastik hitam dan diisi dengan 25 ml larutan zat warna remazol brilliant orange dengan variasi konsentrasi 25, 50, 75 dan 100 ppm. Ke dalam enam gelas piala tersebut ditambahkan 0,5 gram kaolin- dan disinari dengan sinar UV (λ = 253,47 nm) selama waktu optimum yang didapat. Pemisahan antara suspensi dan filtrat yang mengandung sisa zat warna dilakukan sentrifugasi dengan kecepatan 3500 rpm selama 10 menit. Filtrat hasil fotodegradasi dianalisis menggunakan spektrofotometer UVvis pada panjang gelombang 493,60 nm. Efektivitas fotodegradasi remazol brilliant orange dengan menggunakan komposit kaolin- Sebanyak 6 buah gelas piala 50 ml dibungkus plastik hitam dan diisi dengan 25 ml larutan zat warna remazol brilliant orange dengan konsentrasi optimum yang didapat. Ke dalam 3 gelas piala tersebut ditambahkan 0,5 gram kaolin- serta 3 gelas piala lainnya ditambahkan 0,5 gram dan disinari dengan sinar UV ( λ = 253,47 nm ) selama waktu optimum yang didapat. Pemisahan antara suspensi dan filtrat yang mengandung sisa zat warna dilakukan sentrifugasi dengan kecepatan 3500 rpm selama 10 menit. Filtrat hasil fotodegradasi dianalisis menggunakan spektrofotometer UV-vis dengan panjang gelombang 493,60 nm. Kemudian tahap efektifitas diulangi tanpa menggunakan sinar UV. HASIL DAN PEMBAHASAN Karakterisasi komposit kaolin- Komposit kaolin- dikarakterisasi dengan adsorpsi biru metilen, X-RD dan FT-IR guna mengetahui perbedaan antara kaolin hasil preparasi dengan komposit kaolin- serta mengetahui keberhasilan pengembanan pada media pengemban kaolin. Pada Tabel 1 dapat dilihat nilai luas permukaan spesifik kaolin dan kaolin-. Tabel 1. Nilai Luas Permukaan Spesifik A 0 Jenis Katalis Luas Permukaan Spesifik (S, m 2 /g) A 0 15,8554 Aa 17,8376 (kaolin) dengan A a (kaolin-) Berdasarkan data pada Tabel 1. menunjukkan bahwa terjadi peningkatan luas permukaan kaolin dengan penambahan fotokatalis sebesar 1,9822 m 2 /g. Kenaikkan luas permukaan ini akan mengakibatkan komposit kaolin untuk fotodegradasi akan lebih maksimal. Difraktogram kaolin dan kaolin- ditunjukkan pada Gambar 1. 25

4 JURNAL KIMIA 11 (1), JANUARI 2017: Gambar 1. Difraktogram X-RD A 0 (kaolin) dan A a (kaolin-) Gambar 1 menunjukkan bahwa pada difraktogram A 0 menunjukkan kelimpahan kaolin pada sudut difaksi 2θ : 25,97 0 sedangkan pada Aa, kelimpahan kaolin ditunjukkan pada 2θ: 26,08 0. Berdasarkan Gambar 1, sampel A a terjadi pergeseran puncak spesifik pada 2θ = 35,96 0 dan 41,90 0 (Yue dan Zhou (2007), dengan perubahan intensitas menjadi lebih tinggi dibandingkan pada A 0. Hal ini membuktikan bahwa berdasarkan berhasil teremban pada kaolin dan membentuk fase kristalin. Tabel 2 menunjukkan nilai 2θ dari kaolin dan komposit kaolin- yang diperoleh dari difraktogram diatas. Tabel 2. Nilai 2θ A 0 (kaolin) dengan A a (kaolin-) Prediksi Material A 0 Aa Kaolin 25, ,08 0 Si-O 2 28, ,07 0 Kuarsa 20, ,20 0 Spesifik - 35,96 0 dan 41,90 0 Ukuran kristal dihitung berdasarkan persamaan Scherrer. Didapatkan hasil ukuran kristal kaolin adalah 32,632 nm dan ukuran komposit kaolin- adalah 29,330 nm. Spektra inframerah dari kaolin dan kaolin- dapat dilihat pada Gambar 2. Gambar 2. Spektra inframerah dari kaolin dan kaolin- 26

5 Sintesis dan Karakterisasi Komposit Kaolin- serta Pemanfaatannya sebagai Fotokatalis dalam Mendegradasi Zat Warna Remazol Brilliant Orange (Ni Luh Eka Anggarayanti, I Nengah Simpen, dan Ni Gusti Ayu Made Dwi Adhi Suastuti) Berdasarkan Gambar 2 dapat dilihat munculnya puncak baru pada komposit kaolin- pada bilangan gelombang spesifik pada 653,87 cm -1 dan 613,36 cm -1 (Svetozar et al, 2000). Hal ini menandakan bahwa proses pengembanan pada kaolin telah berhasil berdasarkan karakteristik gugus fungsinya. Bilangan gelombang yang muncul pada spetra inframerah dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Serapan karakteristik kaolin (A 0) dan komposit kaolin- (Aa) Prediksi gugus fungsi Rentangan -OH oktahedral Bil. gelombang (cm -1 ) A 0 Aa 3672, ,04 -OH tekuk 1614, ,21 Rentangan Si-O- Si 1114, ,29 Al-O regangan ,34 Vibrasi ulur Al-- -O-H 960,55 - Si-O-Si tekuk 696,30 694,37 Spesifik - 653,87 & 613,36 Rentang Si-O-Al 507,28 553,57 Penentuan waktu penyinaran optimum Berdasarkan Gambar 3 dapat diketahui waktu optimum dalam mendegradasi zat warna remazol brilliant orange bahwa semakin lama waktu penyinaran UV, maka semakin banyak foton yang mengenai katalis sehingga dapat membentuk hole (h + vb) dan elektron (e - ). Semakin banyak terbentuknya hole (h + vb) dan elektron (e - ) maka semakin banyak OH radikal ( OH) serta radikal superoksida ( O 2- ) yang akan mereduksi dan mengoksidasi zat warna remazol brilliant orange (Widiantini, 2010). Waktu optimum yang diperlukan untuk mendegradasi remazol brilliant orange menggunakan 0,5 gram komposit kaolin- dan sinar UV adalah 50 menit dengan persentase degradasi mencapai 25,97%. Namun dari kurva pada Gambar 3, diperoleh terjadi penurunan persentase degradasi pada menit ke-60 karena kondisi komposit kaolin- sudah jenuh dan menurunkan kinerja komposit. Penurunan persentase fotodegradasi yang signifikan juga dipengaruhi oleh senyawa yang sudah didegradasi dengan menggunakan komposit kaolin- kembali membentuk zat warna remazol brilliant orange kembali (Ratih dkk, 2014). Penentuan konsentrasi optimum remazol brilliant orange Hasil fotodegradasi remazol brilliant orange dengan variasi konsentrasi menggunakan komposit kaolin- dapat dilihat pada Gambar 4 sebagai berikut Gambar 3. Kurva hubungan waktu penyinaran dengan persentase degradasi Berdasarkan Gambar 3 terjadinya peningkatan persentase degradasi dari menit ke-10 hingga menit ke-50. Hal ini disebabkan Gambar 4. Kurva hubungan konsentrasi awal RBO dengan persentase degradasi 27

6 JURNAL KIMIA 11 (1), JANUARI 2017: Gambar 4 menunjukkan bahwa konsentrasi remazol brilliant orange dengan konsentrasi 25 ppm mempunyai persentase degradasi sebesar 79,98%, 50 ppm sebanyak 81,56%, 75 ppm sebanyak 44,18%, dan 100 ppm sebanyak 29,02%. Peningkatan persentase degradasi terjadi pada konsentrasi 25 dan 50 ppm, namun penurunan persentase degradasi secara signifikan terjadi pada 75 dan 100 ppm. Hal ini disebabkan karena, remazol brilliant orange konsentrasi yang lebih tinggi memiliki jumlah molekul remazol brilliant orange lebih banyak. Akibatnya, molekul remazol brilliant orange dapat menutupi permukaan kaolin- sehingga foton tidak dapat mencapai permukaan fotokatalis (Wismayanti dkk, 2015). Efektivitas fotodegradasi zat warna remazol brilliant orange menggunakan komposit kaolin- Hasil penentuan persentase degradasi (%D) zat warna remazol brilliant orange 50 ppm menggunakan 0,5 gram komposit kaolin- dan yang dipenyinaran sinar UV selama 50 menit disajikan pada Tabel 4. sebagai berikut. Tabel 4. Hasil fotodegradasi mengunakan komposit kaolin- dan dengan penyinaran sinar UV kaolin- Tanpa penyinaran 17,92 ± 4,39 sinar UV 3,44 ± 1,39 Jenis Katalis kaolin- Kondisi Persentase degradasi (%) Dengan 81,49 ± 0,57 sinar UV 11,97 ± 2,58 Berdasarkan Tabel 4, persentase degradasi pada larutan zat warna remazol brilliant orange pada kondisi optimum dengan menggunakan komposit kaolin- dan berturut-turut adalah 81,49 ± 0,57% dan 11,97 ± 2,58%. Besarnya persentase degradasi (%D) pada komposit kaolin- daripada diduga pada komposit kaolin- zat warna yang masuk akan mengalami proses fotodegradasi secara berkelanjutan, hal ini disebabkan bahwa kaolin sebagai media pengemban berfungsi mentransfer zat warna ke permukaan fotokatalis (Wismayanti dkk, 2015). Berdasarkan data Tabel 4, komposit kaolin- efektif dalam mendegradasi zat warna remazol brilliant orange. Untuk mengetahui kinerja dari fotokatalis, dilakukan proses degradasi tanpa menggunakan sinar UV pada sampel kaolin- dan. Hasil penentuan persentase degradasi zat warna remazol brilliant orange 50 ppm menggunakan komposit kaolin- dan yang tanpa penyinaran sinar UV selama 50 menit disajikan pada Tabel 5 berikut. Tabel 5. Hasil fotodegradasi mengunakan komposit kaolin- dan tanpa penyinaran sinar UV Jenis Katalis Kondisi Persentase degradasi (%) Dari Tabel 5. perlakuan degradasi zat warna remazol brilliant orange tanpa penyinaran sinar UV diperoleh persentase degradasi menggunakan komposit kaolin- dan berturut-turut adalah 17,92 ± 4,39% dan 3,44 ± 1,39%. Kecilnya %D pada kedua katalis tanpa penyinaran sinar UV ini membuktikan bahwa benar-benar berfungsi sebagai fotokatalis yang mampu mendegradasi zat warna remazol brilliant orange secara optimal dengan bantuan dari sinar UV. Simpulan SIMPULAN DAN SARAN Kondisi optimum fotodegradasi menggunakan 0,5 gram komposit kaolin- terjadi pada menit ke-50 dengan konsentrasi zat warna remazol brilliant orange 50 ppm dengan persentase fotodegradasi 81,49±0,57% dibandingkan dengan menggunakan (11,97 ± 2,58). Saran Untuk memastikan hasil degradasi, perlu dilakukan karakterisasi hasil fotodegradasi. 28

7 Sintesis dan Karakterisasi Komposit Kaolin- serta Pemanfaatannya sebagai Fotokatalis dalam Mendegradasi Zat Warna Remazol Brilliant Orange (Ni Luh Eka Anggarayanti, I Nengah Simpen, dan Ni Gusti Ayu Made Dwi Adhi Suastuti) UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada para penguji serta semua pihak yang telah banyak membantu, memberikan dukungan dan nasehat selama dilakukannya penelitian ini. DAFTAR PUSTAKA Batista, A.P. L., Carvalho, H. W., Luz, G. H. P., Martins, P. F. Q., Goncalves, M., and Oliveira, L. C. A. O., 2010, Preparation of CuO/SiO 2 and Photocatalytic Activity by Degradation of Methylene Blue, Journal of Environmental Chemistry, (8), 63. Chen, J. H., 1997, Degradation of The Platinum Aluminide Coating on CMSX4 at 1100 C, Journal of Surface dan Coatings Technology 92: 69. Fatimah, I., dan Wijaya K., 2005, Sintesis T`iO 2/Zeolit Sebagai Fotokatalis Pengolahan Limbah Cair Industri Tapioka Secara Adsorpsi-Fotodegradasi, Jurnal Teknoin, Vol. 10, No. 4, 257. Mondal, S., 2008, Methods of Dye Removal from Dye House Effluent. J. Enviromental Engineering, 25,3. Negara, I. M. S., Wijaya, K., dan Sugiharto, E., 2008, Preparasi dan Karakterisasi Komposit Kromium Oksida- Montmorillonit, Jurnal Kimia 2, (2), 93. Ratih M., I. G. A. A., Diantariani, N. P., Widihati, I. A. G., 2014, Fotodegradasi Metilen Biru dengan Sinar UV dan Katalis ZnO, Journal of Chemistry, (8), 137. Sheng, G., Gaoke, Z., and Jiqwan, W., 2014, Photo-Fenton Degradation of Rhodamine B Using Fe 2O 3 Kaolin as Heterogeneous Catalyst: Characterization, Process Optimization and Mechanism, Journal of Resources and Environmental Engineering, Wuhan Sunardi, Utami I., dan Nora R. S., 2012, Sintesis dan Karakterisasi Komposit Kaolin-TiO 2 sebagai Fotokatalis untuk Degradasi Zat Warna Rhodamine B, Tesis, Program Studi Kimia FMIPA Universitas Lambung Mangkurat, Kalimantan Selatan. Svetozar, M., Miroslava, M., Stanko, P., and Rudolf, T., 2000, Formation of Chromia from Amorphous Chromium Hydroxide, Original Scientific Paper, (4), 789. Widiantini, N. L. P., 2010, Fotodegradasi Congo Red Dengan Sinar UV, Katalis ZnO dan Oksidator H 2O 2, Skripsi, Universitas Udayana, Bukit Jimbaran. Wijaya, K., Tahir I., dan Haryanti N., 2005, Sintesis Fe 2O 3-Monmorilonit Dan Aplikasinya Sebagai Fotokatalis Untuk Degradasi Zat Pewarna Congo Red, Indo. J. Chem., 5(1), 41. Wismayanti, D. A., Diantariani, N. P., Santi, S. R., 2015, Pembuatan Komposit ZnO- Arang Aktif Sebagai Fotokatalis Untuk Mendegradasi Zat Warna Metilen Biru, Journal of Chemistry, (9), 109. Yue, W., and Zhou, W., 2007, Porous Crystals of Cubic Metal Oxides Templated by Cage-Containing Mesoporous Silica, Journal of Materials Chemistry, (1),